● 摘要
在开关电源领域，由于电磁干扰引起的故障日益凸现，使得识别和解决开关电源的电磁干扰问题变得尤为重要。建立开关电源电磁干扰的预测模型，可以用其定性的分析开关电源的电磁干扰，同时根据模型可以实现电磁干扰的定量分析，对开关电源电磁兼容的优化设计具有非常重要的意义。在开关电源电磁干扰问题上，以往都是在电源设计后期出现电磁干扰问题时，再被动地采取补救措施的方法。建立开关电源的电磁干扰模型，可以在电源设计初始阶段即开展预测分析和设计，减小了电磁干扰研究的盲目性和被动性，大大节约了研发成本，同时可以为电磁干扰抑制技术的应用提供指导。本文对开关电源电磁干扰的相关问题进行了研究。在传导电磁干扰方面，通过建立功率半导体器件（二极管、MOSFET）、无源元件以及PCB的高频模型，实现对传导电磁干扰的仿真。在辐射电磁干扰方面，采用神经网络的方法对辐射电磁干扰进行预测。主要研究内容如下：
首先，分析了产生电磁干扰的原因以及电磁干扰对电源系统的危害。对比国内外开关电源电磁干扰相关问题研究的现状，指出国内开关电源电磁干扰分析技术的差距和有待解决的问题。
其次，分析了开关电源电磁干扰的生成机理，从传导干扰和辐射干扰两个方面对电磁干扰要素的特性加以研究，明确了传导干扰和辐射干扰的生成机理，建立了电磁干扰要素集的认知方法。
第三，建立了基于半导体物理效应的PIN二极管的模型，确定二极管的干扰机理来自于其正向恢复电压和反向恢复电流。以半导体物理学为基础，采用集总电荷的方法建立了包含反向恢复方程、正向恢复方程、载流子复合方程和总变量方程的二极管数学模型。通过曲线拟合模型方程的方法并结合产品数据曲线获得模型参数，利用有限状态机的思想给出了模型方程的求解方法，在Saber中应用MAST语言将二极管的数学方程转化成仿真模型，表征二极管的正反向恢复特性。
第四，建立了MOSFET的高频模型，以MOSFET通断过程中电压、电流波形的变化这一干扰特性为出发点，基于器件的物理机理，根据MOSFET通断过程中各区状态的变化规律，给出MOSFET内部等效的电荷分布状态，采用集总电荷的方法，结合等效电荷分布，应用泊松方程、输运方程和连续性方程将P型体区和N-型漂移区的电荷分别表示在积累、耗尽、反型三区，将P型体区的反型层细化成弱反型和强反型，使得模型更为精确。采用线性外推法和曲线拟合等方法获取模型所需参数，在Saber软件中对模型进行仿真。
第五，指出在开关电源电磁干扰的频率范围内，导线、电阻、电容和电感等无源元件已不再是理想元件，都存在寄生参数。分析了各无源元件、PCB的寄生参数及频率特性，给出了无源元件、PCB寄生参数的提取方法，利用Saber软件，建立了传导电磁干扰的模型。
第六，提出了一种应用神经网络预测辐射电磁干扰的方法。针对遗传算法总体搜索能力较强但容易陷入局部最优，而模拟退火算法的局部搜索能力相较于其他算法而言非常突出，又能概率性的跳出，避免搜索处于局部最优的特点，将模拟退火算法与遗传算法相结合，优化BP神经网络，获取最优的权值和阈值，并采用模拟退火的思想确定隐含层神经元的个数，进而建立基于神经网络的辐射电磁干扰预测模型。